课程文献中心 更多>>

关键词： 多参量变送器   流量测量精度   抗干扰   硬件设计   软件设计  

摘要： 在航空航天，环境保护，能源计量，工业生产等众多领域，流量是一个重要的计量参数。随着各领域技术的不断进步，人们对流量测量的要求越来越高，具有能够进行多参数采集及实时数据处理的智能流量仪表的需求日益凸显。而目前普遍使用的流量仪表仍然是由多台单参数仪表组合而成的，不仅测量精度低，而且难以满足人们越来越高的测量要求。针对传统流量计的不足，本文提出了一种多参量智能变送器。这种多参量变送器可以同时测量工业管道中某点的温度，压力，差压信号，并即时进行数据运算和处理，输出最终的流量值。另外，它还具有故障自诊断、数据自动恢复、与现场总线进行实时通信、可接收多种节流装置和温度传感器的输出信号等功能，智能性较传统流量仪表更高。上述这些特点使得多参量变送器不仅大大提高了流量测量的精度和速度，同时也简化了仪表安装维护程序，满足了流量测量中对于多参数采集和数据实时处理的要求。 整个系统由硬件和软件两大部分组成，以单片机为核心统一进行多通道数据采集和数据处理。硬件部分包括前置测量电路、信号调理电路、AD转换电路和单片机最小系统及其控制电路。其中，键盘部分设为六个按键，这样既可以方便用户学习使用，又可以简化操作步骤，降低误操作的可能性。软件部分主要包括仪表初始化、数据采集、数据处理、键盘显示、数字滤波、通信等软件模块。在仪表可靠性上，一方面严格按照电路布线原则进行布线，一方面通过软硬件相结合的方法，在最大程度上提高仪表的抗干扰性能和低功耗特性。最终的实验结果表明，多参量变送器在流量测量精度和抗干扰性方面，较传统流量计均有所提高。

关键词： 三维声纳   分级波束形成   数字媒体处理器   FPGA  

摘要： 利用三维声纳成像技术可以在水下探测静止或运动目标的细节特征,并提供多视角观察,在多个领域都具备广泛的应用前景。目前的三维声纳实时成像装置主要采用平面阵来完成声纳扫描,此类设备通常结构复杂,体积庞大,只能被安装在船体或拖体上工作,常用于远距离高精度的声纳探测。本文研究开发的水下便携式三维声纳实时成像系统采用线阵技术完成三维声纳探测,显著简化了系统结构,设备更加轻便,可以胜任精确探测复杂水下环境和水下灵活作业的任务,在水文调查、海岸河岸堤坝检查、水下工程建设等应用领域具有明显优势。便携式三维声纳实时成像系统以相互垂直的发射和接收线阵通过不同频率的声脉冲信号透射观察体积。系统采用多板层叠的结构,根据功能划分出信号处理板、声纳回波接收板、电源板和基板等部分。系统利用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)控制多路信号的同步发射和采样。声纳回波接收板优化了波束形成算法,采用分级运算方式大幅提高声纳信号处理速度。信号处理板采用基于低功耗的数字媒体处理器实时完成三维成像和显示,通过千兆以太网将成像数据传输到上位机。实验结果表明,系统能够实时探测并准确显示水下环境,距离分辨率达到3cm,可在40m范围内实现角度分辨率1.20的三维成像,具有较高的工程实用价值。

关键词： 无线遥控消防炮   PIC18F452和PIC18F2331   嵌入式系统   硬件设计  

摘要： 随着现代消防技术的不断发展,传统的人工操作消防方式由于其覆盖范围小、快速响应能力和控制精度较差已经越来越难以满足日趋庞大的工业化体系和城市规模化的需求。随着嵌入式系统的发展,通过嵌入式平台将计算机技术、电子控制技术、机械传动技术和无线传输技术等应用到消防领域用以取代现有传统的人工操作消防方式被首先提出并逐渐推广,其中基于嵌入式系统的无线遥控消防炮将采集到的遥控器命令数据通过整理编制后以控制字符的形式发送到电机驱动装置上,可使用户在任意方向和位置上控制炮体运作,成为一种新型智能电动控制的立体消防模式。本文研究了基于Microchip公司PIC18F系列MCU的无线遥控消防炮的设计与实现,主要工作如下： 首先,介绍了论文研究的背景与意义,并结合国内外同类产品的发展现状引出本论文所要研究的内容,根据研究内容的技术要求和市场主流MCU的性能特点,确定无线遥控消防炮的硬件设计平台采用高可靠性和可移植性的哈佛总线结构MCU,然后对同类芯片进行横向比较,确认PIC18F452和PIC18F2431为系统的硬件平台。 其次,分析了论文中所需要的关键技术,总结出基于该技术平台下的无线遥控消防炮控制系统的总体设计方案,包括硬件和控制软件,并根据每部分功能的不同,对所包含的硬件功能电路进行了设计说明。在软件方面对状态机转换和总线通讯控制以及电机控制过程进行分解说明,包括电机运行过程中的位置控制以及无线Zigbee模块的数据传输,最终在此基础上实现消防炮的无线控制。 最后,对该消防炮控制系统进行了功能和性能测试,结果表明该控制系统达到了设计要求,并已经投入实际应用。 本文从实际应用角度出发,采用专用的电机控制微处理器,设计了一个基于Microchip公司高性能处理器PIC18F452和PIC18F2331的无线遥控消防炮控制系统,包括了直流电机系统的硬件设计与软件控制,完成了无线遥控器的数据发送处理、无线数据传输、接收器的接收处理和分配命令功能,主要工作包括板级硬件设计、发送与接收部分程序设计开发、电机控制程序设计开发。

关键词： 合成仪器   模拟通道   信号调理   信号完整性分析  

摘要： 随着电子系统的发展速度和灵活性要求日益提升,随之而来对电子设备的测试速度、精度以及数据处理能力的要求也越来越高,而传统测试仪器的测试功能比较单一,越来越不能满足当代电子设备的测试需求,因此,更高性能的综合性测试仪器的研究与开发就势在必行。合成仪器就是综合性测试仪器的一种,合成仪器是建立在通用的硬件系统之上,通过软件系统的重复配置功能来实现各种测试测量任务,多种测量功能显然比传统仪器的单一功能具有优势。本文研究的合成仪器由主处理器、数据采集模块和任意波形发生器模块组成,以Mpc85xx系列的CPU为嵌入式主处理器,既可以控制数据采集模块采集数据也可以控制任意波形发生器产生任意波形。本文主要阐述的就是对合成仪器模拟通道的设计。本文研究的合成仪器模拟通道主要包括三个模块:数字示波器模拟通道、数据采集信号调理模块和任意波形发生器信号调理模块。本课题的主要任务就是完成对上述三个模块的设计,并对调理信号进行测试。具体研究内容主要有以下几个方面:第一:信号调理电路的分析和设计。主要完成对输入信号进行放大、衰减和滤波等调理功能,使得调理后的信号幅度能够满足ADC和DAC的输入输出范围。第二:示波器触发通道的设计。由多路选择器选择其中一路触发源信号送入高速比较器,产生边沿触发信号,之后再将边沿触发信号送到FPGA进行处理,实现触发功能。第三:控制电路的设计。控制电路主要完成对整个模拟通道的状态切换控制和一些子电路的电平调节。第四:信号完整性分析。详细分析了影响信号完整性的因素,并针对这些因素采取了一系列的优化措施。

关键词： 发码器   DDS技术   硬件设计   嵌入式系统  

摘要： 摘要：目前铁路事业得到了飞快发展,列车的运行速度在逐渐提高,尤其高速铁路的运行速度已达到世界领先水平。铁路事业如此快速的发展致使整个系统对机车信号设备的要求越来越高,机车信号设备是车载系统中非常重要的组成部分,其工作状况直接影响到列车的安全运行以及行车效率,因此对机车信号设备进行出入库检测是一项非常必要的工作。 轨道电路是铁路系统中的重要组成部分,与道岔、信号机合称为室外三大件。其主要作用是判断轨道的占用情况以及采用移频信号来传输不同的行车信息,构成闭塞区间。机车出入库检测即是利用信号发生设备发送出模拟的轨道中的移频信号,检测机车信号设备能否正常接收及反馈。 目前,机车信号出入库的检测工作主要由电务段机车信号检修所通过环线发码箱在机务段环线上发送信号,检测人员现场登车逐车人工核对灯码,检测工作量大,容易漏检,误检。本论文主要工作就是针对目前机车信号检测的需要,结合现有发码器操作复杂,功能单一,不便于设备现场检测等缺点,提出一种基于嵌入式系统,利用先进的DDS(Direct Digital Synthesis)技术设计出的便携式的轨道信号发码器,该发码器发送的移频信号即FSK信号精度高,性能稳定,同时由于铁路现场机车频繁出站,现场工作人员负担重,这款发码器操作简单,方便携带,减轻了工作人员的劳动强度。本论文主要包括以下几方面内容： (1)分析了现有轨道电路信息的特点以及基本情况,在此基础上确定系统设计的发码器的功能和技术指标。 (2)介绍嵌入式技术以及DDS技术,介绍DDS原理、特点等。 (3)完成了铁路信号发码器的硬件电路设计以及PCB的绘制,并且给出了采用DDS技术产生移频信号的方法。该发码器硬件结构主要分为两个部分即系统控制部分和发码部分。系统控制部分选用了性能高、成本低并且功耗小的具有Cortex-M3内核的STM32F103VET6作为核心芯片,发码部分控制整个系统的输出信号,由于本论文期望产生的是铁路移频信号,该信号要求相位一直保持连续,并且性能稳定,能适应铁路行业的恶劣环境,所以通过不同方法的甄选,最终采用了具有先进的DDS技术的AD9865芯片。 (4)介绍软件实现流程。本论文给出了程序实现流程图,并且对比了两个实现信号产生的方法,即：DAC技术和DDS技术。DAC技术是STM32F103VET6芯片内部包含的模块,直接进行程序编写即可控制该芯片产生信号,而DDS技术则是需要利用STM32去控制具有DDS技术的AD9854芯片,通过对比输出信号的性能以及产生FSK信号的方法难易程度,最终选用DDS技术。 最后,对两种试验结果数据进行采集,并分别分析不同现象的原因以及提出需要改进的不足之处,对设计做出全面的总结。

关键词： DSP   数字化   硬件电路  

摘要： DSP高性能数字芯片的迅速发展，使得电机驱动控制系统的全数字化实现成为可能。这不仅大大降低了系统的硬件成本，而且软件的可移植性增强，提高了产品的通用性。本文设计了以DSP芯片TMS320LF240A为核心器件的永磁电机全数字化驱动控制系统的硬件电路。主要针对DSP最小系统和片外RAM扩展及其外围控制电路部分电路进行设计，分析了各部分电路的工作原理，绘制了电路连接图。

关键词： 塔吊   ARM   监控系统  

摘要： 塔吊又名塔式起重机，是建筑工地上最为常用也是必不可少的起重设备。目前，在日益扩大的城市建设规模中，特别是在高层建筑的建设中，可以说塔吊起了至关重要的作用。然而，随着塔吊数量的增加，塔吊事故也在频繁的出现，这不仅仅意味着物力财产的损失，还危及到塔吊操控人员以及周边施工人员的人身安全。所以，提高塔吊的安全系数，减少塔吊安全事故的发生是非常有必要的。本文对塔吊的监控系统展开研究，分析国内外对塔吊监控系统的研究现状，并且完成该塔吊监控系统的硬件设计。 在对塔吊工作特点和安全监测进行了详细的分析后，本文构建了基于ARM的塔吊智能监测与防护系统总体方案设计，系统以ARM处理器为核心，采用485总线技术为纽带，使得数据采集模块与核心处理器实现无缝连接。本文设计的基于ARM的塔吊监控系统通过各类型的传感器进行数据采集，采集到的数据经A/D转换后通过485总线输入核心处理器内，数据经过计算和处理后直观的反馈在液晶屏上，使塔吊司机对塔吊当前的工作状况和周围环境一目了然。系统中还集成了Zigbee模块与3G模块用于实现多塔机间的数据交换及远程数据反馈。 本文首先对塔吊的工作原理以及塔吊安全的重要性进行阐述,并对塔吊监控系统所需测量的关键参数进行分析;其次，简要介绍了本文所用到的几种关键技术，包括嵌入式处理器、Linux操作系统、传感器技术、ARM嵌入式技术;再次，详细的展示了基于ARM的塔吊监控系统硬件的各个模块的设计，讲解了各个模块在设计和调试时所需要注意的问题;然后，介绍了本监控系统的软件调试平台;最后，对整机运行进行测试。 本硬件系统的特点是，采用ARM cortex-A8构架处理器，具有处理速度快、高性能，高效率、接口资源丰富等特点，采用多种传感器对塔吊正常工作时的吊重、风速、倾角、起升高度、回转角度等相关参数进行采集并处理，最后直观的反馈在液晶屏上。在设计硬件电路的过程中，采用了滤波技术、接地技术、去耦技术、看门狗技术、屏蔽技术等让整个系统更加稳定更加可靠。本装置还有完善的软件系统，以及人性化的人机界面，更加方便塔吊司机观察实时数据，及时的做出相应的操作。在本监控系统研发完成后，还到建筑工地进行了检测实验，对传感器的精度和性能进行检测，将所有的误差都控制在了允许范围内，检测结果达到了预期的目标。目前，该塔吊监控系统已经在建筑工地上投入使用。

关键词： AES   掩码   DPA   抗功耗攻击  

摘要： 高级加密标准AES作为新一代的数据加密标准，已经成为信息安全产品的首选加密标准.。然而，随着该算法在安全领域的应用不断推广，针对该算法的各种恶意攻击也日趋严重，尤其是近年来发展起来的侧信道攻击技术。侧信道攻击技术对密码系统构成了严重的威胁，特别是侧信道攻击技术中的功耗攻击技术，通过观测加密芯片运行过程中功耗曲线的变化，分析功耗曲线与运算数据之间的对应关系，然后根据对应关系就可以推算出密码芯片内部所运用的密钥。为了确保芯片内部数据信息的安全性，在密码芯片的硬件设计实现过程中必须提前考虑这些潜在的安全隐患，这就使得对抗功耗攻击的AES算法硬件防护技术的研究具有重要的意义。 在系统研究分析国内外相关研究的基础上，论文首先对AES算法以及算法实现的数学理论进行了深入的研究分析，指出可以通过有限域运算安全、高效、低成本的实现AES算法中的非线性部件S盒;其次，深入的研究了功耗攻击的原理及相应的功耗防护技术，并通过对掩码技术的分析提出了基于复合域实现全掩码型AES算法硬件的方法;然后给出了AES硬件以及全掩码型硬件的有效实现，使得全掩码实现的AES算法的硬件开销只有2.5万门左右，有效的降低了电路的硬件开销;最后论文对全掩码AES的硬件实现进行了安全性分析，并用先进的功耗攻击设备对相应的硬件实现进行了实际的功耗攻击实验，对于掩码型的AES算法硬件实现，采集100万条功耗曲线并没有攻击成功，这表明基于全掩码实现的硬件设计达到了抗DPA攻击的目的。

关键词： 计算机核心课程群   一体化实验平台   FPGA   电源与信号完整性   硬件描述语言  

摘要： 计算机专业本科教学目标就是要培养计算机专业的高素质人才。计算机专业的高素质人才必须具有计算机系统的整体观,对计算机系统有深入的认识,并掌握计算机系统的软件和硬件设计技术。在目前的教学模式下,各门课程的实验教学自成一体,不同课程在实验平台和实验内容上都缺乏交互性,这使学生们在学习过程中,能够对单门课程的内容能有较好的理解,但对整个知识架构缺乏系统性认识,更缺乏将多门课程的知识融会贯通的能力。计算机专业核心课程群一体化教学模式的提出是具有创造性的一次尝试,教改的目标是：以构建一个完整的计算机系统为主线,贯通计算机组成原理、计算机系统结构、操作系统以及编译原理等四门核心课程以及数字电路课程的教学和实验环节,构建一个一体化教学实验平台,探索一种新的教学模式,培养计算机专业的学生建立软硬件一体化设计的系统观。 本文主要阐述了在上述计算机教学实验改革探索背景下的实验平台的硬件设计工作。文章首先分析了传统硬件设计的方法在教学应用中的局限性,研究了当前国内外计算机实验教学的教学现状以及发展趋势,总结了基于FPGA的“软”硬件的系统设计理念和方法,重点阐述了基于FPGA芯片的一体化综合教学实验平台的硬件设计思路与实现方法,并给出了详细的硬件设计方案。与此同时,对硬件设计过程中所涉及的FPGA设计方法、电源与信号完整性、EMC/EMI以及阻抗匹配等数字系统设计中十分常见,并且对系统性能至关重要问题进行了总结和探讨。最后,设计并实现了基于硬件描述语言的外围驱动模块,完成了综合教学实验平台的测试和验证。 本文针对实验需求给出了一套行之有效的实验平台设计方案,基于FPGA的实验教学平台设计能够显著地提高实验平台的灵活度,扩展实验平台可以实现的实验内容,增强多门课程实验之间的关联。因为FPGA芯片的可重复编程的特性,教学平台的软硬件功能都可以像软件的被编程,本实验平台具备了比现有的实验平台更强的实验适应性。总而言之,本论文的研究内容为FPGA在实际教学中的使用提供一些新的参考方案和研究思路。

关键词： FPGA   多核DSP   高帧率   SRIO   图像去雾  

摘要： 随着现代信息技术的发展,视频图像处理技术在通信、海陆交通监测、军事等众多重要领域得到了广泛应用;尤其是近年来机器视觉的快速发展,视频图像处理对高精度机器视觉获取视频图像的要求越来越高,因此,高帧率、高分辨视频图像实时处理的研究将得到更多的关注。 视频图像处理每秒处理数十亿次运算,对视频图像专用处理器的要求非常高。使用较多的视频图像专用芯片主要包括：FPGA和DSP。FPGA具有丰富的逻辑资源,较强的并行处理能力和较快的实时处理能力;DSP的内核处理频率可达10GHz以上,具有高效的算法处理能力。 本文旨在满足高帧率视频图像采集与处理的应用需求,搭建FPGA+多核DSP架构的视频图像获取与实时处理硬件平台,以满足后期复杂的高帧率视频图像算法实时处理的要求。其特点是：FPGA负责高帧率视频图像采集,视频图像预处理以及快速数据缓存等任务;通过SRIO接口实现FPGA与DSP之间的无缝通信,多核DSP负责实现视频图像复杂算法的高效处理等任务。 首先,本文简单介绍了高帧率视频图像处理及其硬件平台架构的研究现状;其次,本文根据高帧率视频图像采集与处理的应用需求对其相关参数进行分析,提出基于FPGA+八核DSP的高帧率视频图像获取与实时处理硬件平台的总体架构,并对总体架构中基本模块做了简单介绍,以及对核心芯片选型做了简单描述;再者,根据系统总体架构方案,对硬件平台的功耗需求进行分析,完成系统电源方案设计;然后完成系统的时钟电路、配置电路、外部存储器电路等接口电路设计,通过Cadence Allegro16.5平台完成系统硬件电路原理图设计和PCB设计等工作;最后,通过FPGA的中值滤波暗通道先验图像去雾算法的实现验证FPGA硬件电路设计原理的正确性。